Алмазы и другие кристаллы на просмотр в научный музей экспонаты радуют глаз. Что способствует их иногда ослепительные геометрические фигуры и цвета их высоко упорядоченным расположением атомов. Для кристаллических материалов в электродах батареи, их упорядоченную микроструктуру имеет практической пользы для простоты переноса ионов в электроде в процессе заряда и разряда.
Ученые Национальной лабораторией Министерства энергетики (МЭ) Аргонн создан и испытан монокристаллического электрода, которая обещает доходность ключевых открытий для современных аккумуляторов стадии развития по всему миру для электрических транспортных средств, бытовой электроники и других приложений. В разработке этого проекта были исследователи из Северо-Западного университета и Университета Иллинойса в Чикаго.
Электродные материалы в современных аккумуляторов являются «поликристаллический» — т. е. они обладают многочисленными различно ориентированными кристаллическими областями. Потому что поликристаллических электродов относительно просты в изготовлении, ученые сосредоточились последние исследования батареи на эксперименты с этими материалами, которые полны различных видов дефектов в упорядоченных структур, что часто может повлиять на производительность.
«Мы признали, что монокристаллы могут играть жизненно важную роль в выявлении новых перспективных способов понять, на атомно-молекулярном уровне, химических, управляющие зарядно-разрядных процессов в батареи с поликристаллическим электродам», — отметил Саня Тепавчевич, помощник ученого в Аргонна материалов научного отдела.
В качестве модели системы для изучения монокристаллов катода, команда выбрала натрий-ионного аккумулятора в стадии разработки, чтобы конкурировать с нынешними литий-ионными батареями. Главной достопримечательностью этих батарей заключается в том, что натрий является гораздо более обильные элемента, чем литий, используемый для литий-ионных аккумуляторов.
Команда подготовила монокристаллов натрий-окиси иридия (Na2IrO3) и использовали их в качестве катодного материала в небольших тестовых ячеек. Для сравнения, они также испытали подобные клетки с поликристаллических катодов. На основе научных помещений в Аргонне, в частности, предварительный источник фотона (АПС), управления ДОУ науки пользователем объекта … они могли определить точное положение каждого атома в кристаллической структуре для различных состояний заряда клеток и разряда.
«Этот проект просто не был бы возможен без экстраординарных материальных характеристик ресурсов АПС», — отметил он. «Мы также значительно выиграли от опыта членов команды Дженнифер Хонг Женг в ее мир-новые возможности при выращивании монокристаллов в точном соответствии со спецификациями.»
Многое узнала о химии катода в процессе заряда-разряда велоспорт испытательной ячейки. В частности, команда расследовала происхождение дополнительную мощность сверх того, что ожидается для структуры конечной точки NaIrO3. «С нашей монокристаллов, мы могли бы отделить поверхность от объемных эффектов, которые не были очевидны в более ранней работе с поликристаллических материалов», — отметил он. Команда показала, что дополнительная емкость вытекает из поверхностных реакций, а не основной материал, как считалось ранее.
Важно улучшенной планировки аккумулятор зная, как и почему изменения происходят во время езды на велосипеде. Из своих результатов теста, команда определена химическая структура трех отдельных фаз, образующихся в процессе заряда, два из которых не были известны раньше. Они также обнаружили, что клетки емкость слинял с велоспортом из-за формирования нового губительно фазы на заряд, который сохраняется в течение разряда и увеличилась в размерах с номером цикла.
«Мы узнали больше о натрий-ионные аккумуляторы с нашими монокристаллических электродов, чем мы когда-либо считалось возможным на старте проекта», — сказал Джон Митчелл, Заслуженный научный сотрудник Аргоннской в материалах отдела науки. «Очевидно, что монокристаллы открыть окно, чтобы лучше понять химические и электронные преобразования, управления хранением энергии и освобождение во всех видах батареи, а также их деградации механизмов на велосипеде.» С такими знаниями, будущие исследователи батарея сможет выработать правил проектирования для синтеза новых и усовершенствованных поликристаллических материалов с требуемой функциональности.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!